カップリング、自動車用試験装置
【課題】高回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、捩り共振の発生を抑制することができ、コンパクト化をも実現可能なカップリングを提供する。
【解決手段】駆動側回転機器の回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部２と、被駆動側回転機器の回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部５と、一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製の外筒３と、外筒３の内側に外筒３と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続するとともに他端部に第２連結フランジ部５を一体可能に接続した金属製のカップリング軸４と、第２連結フランジ部５と外筒３との間に介在させた弾性部材６とを備えたカップリング１にした。
【解決手段】駆動側回転機器の回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部２と、被駆動側回転機器の回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部５と、一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製の外筒３と、外筒３の内側に外筒３と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続するとともに他端部に第２連結フランジ部５を一体可能に接続した金属製のカップリング軸４と、第２連結フランジ部５と外筒３との間に介在させた弾性部材６とを備えたカップリング１にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸同士を相互に連結するカップリング、及びカップリングを備えた自動車用試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転軸同士を連結するカップリングとして、両端部にそれぞれ回転軸を連結するためのフランジを設けたものが知られている。ここで、例えば一方の回転軸が駆動軸であり、他方の回転軸が被駆動軸である場合、カップリングを介して駆動軸側の回転トルクを被動軸側に伝達することができる。
【０００３】
ところで、カップリングを介して結合した回転軸を回転させるための軸系では、カップリングが捩りバネとして作用し、捩りバネ定数等によって定まる固有振動数と同一の回転速度領域においては軸系全体が他の回転速度領域よりも遥かに大きな振幅で振動する捩り共振現象が発生する。そして、このような軸系を備えた試験装置（例えば自動車用試験装置）で各種性能試験を行った場合、捩り共振が発生することによって正確な測定値（例えばトルク計測値）を得ることができないという不具合がある。
【０００４】
そこで、捩りバネ定数等によって定まる固有振動数である共振周波数が高い点に着目して、例えばローパスフィルタによって共振周波数をカットする態様も考えられている。しかしながらフィルタを用いた態様は計算処理が必須となる点で不利である。
【０００５】
また、捩り共振の発生を防止・抑制するカップリングとして、ゴムや弾性に富む樹脂等からなる緩衝部材（スパイダーと称される場合がある）によってトルク（動力）を伝達可能に構成した弾性カップリングも開発され、実用化されている。このような弾性カップリングは、弾性の緩衝部材が振動を吸収する減衰性を発揮する。
【０００６】
また、本出願人は、内外二重軸構造のカップリングを発明している（下記特許文献１参照）。具体的には、両端に連結フランジ部を備えた剛性の高い円筒状の外側接続軸と、外側接続軸とは異なる捩りばね定数を有し外側接続軸よりも剛性の低い内側接続軸とを備え、外側接続軸と内側接続軸軸の径方向に形成された空隙部に弾性樹脂接着剤を充填し、両接続軸のいずれか一方の軸端部同士を溶接処理で一体に連結した二重筒状のカップリングである。このような二重筒状のカップリングであれば、実質的なトルク伝達（動力伝達）が外側接続軸で行われ、内側接続軸は、外側接続軸の回転に伴って回転し（連れ回り）、外側接続軸に対して「回転おもり」のように作用する。したがって、このような二重筒状のカップリングが、外側接続軸の有する固有振動数と同一の回転速度領域で回転することにより捩り共振して、振幅が急激に大きくなろうとした場合には、外側接続軸とは固有振動数の異なる内側接続軸が「回転おもり」として作用することによって、外側接続軸における捩り共振の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３２０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、弾性カップリングでは、弾性の緩衝部材を構成する材料自体の強度が低く、この強度の低い弾性緩衝部材を介して動力（トルク）を伝達させる構造であるため、高トルク伝達を実現しようとすれば、高速回転させることができず、また高速回転を実現しようとすればトルクを下げざるを得ない。このように、弾性カップリングには、弾性緩衝部材の物理的限界から高速回転及び高トルクを両立できないというデメリットがある。
【０００９】
一方、特許文献１記載のカップリングは、剛性の高い外側接続軸を介してトルク伝達を行う構成であるため、高速回転及び高トルク伝達を両立できる。ところで、小さな振動よりも大きな振動の方が、ダンパや内側接続軸のような回転おもりによって効果的に抑えることが可能であるということが知られている。したがって、特許文献１記載のカップリングにおいて捩り共振を含んだトルクが伝達される剛性の高い外側接続軸の捩りバネ剛性を低く設定すれば、内側接続軸の作用によって捩り共振をより一層効果的に抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１記載のカップリングにおいて高速回転及び高トルク伝達の両立を実現するために強度を高く設定している外側接続軸は、内側（内周側）に配置した内側接続軸の外径よりも大きい外径を有しており、このような外側接続軸の捩りバネ剛性を、素材自体の強度低下を招来することなく低くするには、軸方向のサイズ（長手寸法）を大きく設定せざるを得ず、カップリングの大型化（長尺化）を招来していた。なお、外側接続軸の外径を小さく設定することによって捩りバネ剛性を低くすることは可能であるが、内側接続軸の存在により設計上の制約を受けることから、外側接続軸の小径化には限界がある。
【００１１】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、高回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、捩り共振の発生を抑制することができ、コンパクト化をも実現可能なカップリング、及びこのようなカップリングを備えた自動車用試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明は、第１回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部と、第２回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部とを備え、第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結するカップリングに関するものである。ここで、本発明のカップリングは、第１回転軸が出力側の回転軸であり、第２回転軸が入力側の回転軸である場合、または第１回転軸が入力側の回転軸であり、第２回転軸が出力側の回転軸である場合、これら何れの場合であっても第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結することが可能なものである。
【００１３】
そして、本発明に係るカップリングは、一端部を第１連結フランジ部に一体回転可能に接続した金属製の外筒と、外筒の内側に外筒と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部に一体回転可能に接続するとともに他端部に第２連結フランジ部を一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸と、外筒とカップリング軸又は第２連結フランジ部との間に介在させた弾性部材とを備えていることを特徴としている。ここで、本発明のカップリングは、第１連結フランジ部、第２連結フランジ部、外筒、カップリング軸及び弾性部材を備えたものであればよく、金属製のパーツである第１連結フランジ部、第２連結フランジ部、外筒及びカップリング軸は、それぞれ別体のものであってもよいし、２以上のパーツを一体に形成したもの（例えば、第１連結フランジ部及び外筒を一体に形成したもの、第１連結フランジ部、外筒及びカップリング軸を一体に形成したもの、カップリング軸及び第２連結フランジ部を一体に形成したもの等）であっても構わない。
【００１４】
このようなカップリングであれば、一方の回転軸が回転すると、そのトルクを、第１連結フランジ部又は第２連結フランジ部の何れか一方の連結フランジ部、カップリング軸、他方の連結フランジ部を通じて他方の回転軸に伝達することができ、トルク伝達作用を奏するこれら第１連結フランジ部、カップリング軸及び第２連結フランジ部を全て金属製にすることによって、高強度の部分でトルク伝達を行うことができ、高トルク及び高回転を両立することができる。
【００１５】
さらに、本発明のカップリングであれば、捩り共振を含んだトルクのうち、動力伝達に直接大きく寄与する直流成分は、上述した金属製の部分を通じて伝達する一方、動力伝達には大きく寄与しない共振成分は、カップリング軸又は第２連結フランジ部から弾性部材に伝達し、この弾性部材が外筒を足場として剪断変形することによって共振成分のトルクを減衰させる。その結果、カップリングの固有振動数と同一の回転速度領域において生じ得る捩り共振を効果的に防止・抑制することができる。さらに、本発明のカップリングでは、外筒の内側（内周側）にカップリング軸を配置しているため、外筒をカップリング軸のカバー部材として機能させることができ、カップリング軸が外部環境に直接晒される態様と比較してカップリング軸の損傷等を防止・抑制することができるとともに、カップリング軸の小径化に伴うカップリング軸全体のコンパクト化をも実現することができる。コンパクト化について詳述すると、弾性部材による減衰作用は、捩りバネ剛性が高くて捩れ難いカップリング軸よりも、捩りバネ剛性が低くて捩れ易いカップリング軸の方が効率良く得られることから、本発明に係るカップリングでは、内周側に他の部材を配置する必要がない金属製のカップリング軸の外径を、トルク伝達機能を損なわない範囲で可及的に小さく設定することが可能であり、小径化によってカップリング軸の捩りバネ剛性を低く設定することができる。したがって、弾性部材による減衰作用を得られる範囲内においてカップリング軸の軸方向の寸法を可能な限り短く設定することが可能になり、カップリング全体のコンパクト化を実現できる。
【００１６】
また、本発明のカップリングでは、少なくとも一方のフランジ部に膜板を付帯させることができる。これにより、各連結フランジ部を対応する回転軸にそれぞれ固定した際に、膜板が適宜に弾性変形することによって、本発明のカップリングを介して相互に結合する回転軸同士が同一軸線上に位置付けられていない現象（ミスアライメントや芯ずれと称される現象）の発生を防止・抑制することができる。
【００１７】
また、本発明に係る自動車用試験装置は、上述した構成を有するカップリングと、カップリングの第１連結フランジ部又は第２連結フランジ部のうち何れか一方の連結フランジ部に回転軸を固定した回転供試体と、他方の連結フランジ部に回転軸を固定した擬似負荷又は擬似駆動源とを備えていることを特徴としている。ここで、回転供試体としては、例えば電気自動車用か否かに拘わらず、電動機や発電機、又は変速機等を挙げることができる。
【００１８】
このような自動車用試験装置であれば、上述したカップリングの構成に基づき、高速回転及び高トルク伝達を両立することができるとともに、捩り共振を防止・抑制することも可能であるため、回転供試体に関する各種性能試験を行う場合に、捩り共振の影響を排除した正確な試験結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明であれば、両端部を金属製の第１連結フランジ部、第２連結フランジ部にそれぞれ一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸を通じてトルク伝達するとともに、トルクのうち共振成分を弾性部材によって減衰させる構成を採用したことによって、高速回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、捩り共振の発生を抑制することができ、さらに、コンパクト化をも実現可能なカップリング、及びこのようなカップリングを備えた自動車用試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るカップリングを適用した自動車用試験装置の全体概略図。
【図２】同実施形態に係るカップリングの断面図。
【図３】同実施形態に係るカップリングを一部破断して示す外観図。
【図４】同実施形態に係るカップリングの一変形例の図２対応図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係るカップリング１は、例えば図１に示す自動車用試験装置Ｘに適用可能なものである。自動車試験装置Ｘは、例えば自動車エンジン等の回転供試体Ｅと、例えばダイナモメータ等の擬似負荷Ｄと、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１と擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１とを連結するカップリング１とを備えたものである。なお、図１では、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１及び擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１をカップリング１に直接連結した態様を例示したが、回転軸Ｄ１，Ｅ１とカップリング１との間にトルク検出器など、適宜の検出器や測定器を介在させることもできる。また、回転供試体Ｅ及び擬似負荷Ｄは、共通の支持台Ｂに支持されている。
【００２３】
カップリング１は、図２及び図３に示すように、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１に接続可能な金属製の第１連結フランジ部２と、一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製の外筒３と、外筒３の内側に外筒３と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸４と、カップリング軸４の他端部に一体回転可能に設けた金属製の第２連結フランジ部５と、カップリング軸４と外筒３との間に介在させた弾性部材６とを備えたものである。
【００２４】
第１連結フランジ部２は、後述する外筒本体３１の第１ディスク部３２に接触可能なリング状の第１連結フランジ本体２１と、第１連結フランジ本体２１の内側に配置されてカップリング軸４の一端部を固定するための第１カップリング軸固定部２２と、第１連結フランジ本体２１と第１カップリング軸固定部２２との間に設けた第１膜板２３とを備えたものである。本実施形態では、これら第１連結フランジ本体２１、第１カップリング軸固定部２２及び第１膜板２３を一体に有する金属製の第１連結フランジ部２を適用している。
【００２５】
第１連結フランジ本体２１には、外筒３を固定する際に用いる第１ネジ孔２１ａと、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１に連結する際に用いる第１ボルト挿通孔２１ｂとを形成している。本実施形態では、第１ネジ孔２１ａと第１ボルト挿通孔２１ｂを第１連結フランジ本体２１の周方向に交互に所定ピッチで形成している（図３参照）。
【００２６】
第１カップリング軸固定部２２は、カップリング軸４の一端部を収容可能な第１カップリング軸収容孔２２ａを中央に形成したリング状をなし、カップリング軸固定用ボルトＴ１が挿入可能な第１カップリング軸固定用孔２２ｂを周方向に所定ピッチで形成したものである。
【００２７】
第１膜板２３は、第１連結フランジ本体２１と第１カップリング軸固定部２２との間に形成した膜厚を例えば０．数ｍｍに設定した薄肉リング状のものである。第１膜板２３の外周縁部は第１連結フランジ本体２１に連続し、第１膜板２３の内周縁部は第１カップリング軸固定部２２に連続している。本実施形態では、この第１膜板２３が所定値以上の外力を受けた場合に適度に弾性変形し得るように、第１膜板２３の厚み方向に貫通する丸孔２３１を径方向に所定ピッチで形成している。
【００２８】
外筒３は、外筒本体３１と、外筒本体３１の一端部からラジアル方向に延伸して第１連結フランジ部２と同じ外径を有する第１ディスク部３２と、外筒本体３１の他端部からラジアル方向に延伸し第１ディスク部３２よりも小さい外径を有する第２ディスク部３３とを一体に備えた金属製のものである。また、第１ディスク部３２には、第１連結フランジ本体２１の第１ネジ孔２１ａに連通する第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａと、第１連結フランジ本体２１の第１ボルト挿通孔２１ｂに連通し、図２に模式的に示すボルトＴ３の頭部を収容可能な第１ボルト収容孔２１ｂを形成している。第２ディスク部３３にも、第１ディスク部３２の第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａ及び第１ボルト収容孔２１ｂにそれぞれ相当する第２ディスク側ボルト挿通孔３３ａと第２ボルト収容孔３３ｂを形成している。また、本実施形態では、第２ディスク部３３の厚み寸法を第１ディスク部３２の厚み寸法よりも大きく設定している。これにより、後述する弾性部材６の配置スペースを、カップリング１内部の限られたスペースにおいて最大限大きく確保できるようにしている。また、本実施形態のカップリング１は、外筒本体３１の第１ディスク部３２のうち軸方向Ａにおいて第１連結フランジ部２の第１膜板２３と対面する部分には、第１膜板２３との接触を回避するために段部３２ｄを形成している。同様に、外筒本体３１の第２ディスク部３３のうち軸方向Ａにおいて後述する第２膜板５３と対面する部分には、第２膜板５３との接触を回避するために段部３３ｄを形成している。
【００２９】
そして、外筒３（第１ディスク部３２）の第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａに挿入したフランジ固定用ボルトＴ２を第１連結フランジ部２（第１連結フランジ本体２１）の第１ネジ孔２１ａに螺合することによって、外筒３の一端部に第１連結フランジ部２を固定することができ、この固定状態では第１連結フランジ部２及び外筒３は一体回転可能である。
【００３０】
カップリング軸４は、カップリング軸本体４１と、カップリング軸本体４１の両端部近傍に設けた鍔部（第１鍔部４２、第２鍔部４３）とを備えたものである。本実施形態では、筒状のカップリング軸本体４１と鍔部（第１鍔部４２、第２鍔部４３）を一体に形成した金属製のカップリング軸４を適用している。第１鍔部４２には、第１連結フランジ部２の第１カップリング軸固定部２２に形成した第１カップリング軸固定用孔２２ｂに連通する第１カップリング軸固定用ネジ孔４２ａを形成し、第２鍔部４３には、後述する第２連結フランジ部５の第２カップリング軸固定部５２に形成した第１カップリング軸固定用孔５２ｂに連通する第２カップリング軸固定用ネジ孔４３ａを形成している。
【００３１】
そして、カップリング軸４（カップリング軸本体４１）の一端部を第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸収容孔２２ａに収容して、カップリング軸４の第１鍔部４２を第１カップリング軸固定部２２に接触させた状態で、第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸固定用孔２２ｂに挿入したカップリング軸固定用ボルトＴ１を第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸固定用ネジ孔４２ａに螺合することによって、カップリング軸４の一端部を第１連結フランジ部２に固定することができる。
【００３２】
第２連結フランジ部５は、外筒本体３１の第２ディスク部３３と所定の隙間を介して軸方向Ａに対面し得るリング状の第２連結フランジ本体５１と、第２連結フランジ本体５１の内側に配置されてカップリング軸４の他端部を固定するための第２カップリング軸固定部５２と、第２連結フランジ本体５１と第２カップリング軸固定部５２との間に設けた第２膜板５３とを備えたものである。本実施形態では、これら第２連結フランジ本体５１、第２カップリング軸固定部５２及び第２膜板５３を一体に有する金属製の第２連結フランジ部５を適用している。
【００３３】
第２連結フランジ本体５１には、第２ディスク部３３の第２ディスク側ボルト挿通孔３３ａに連通する第２ネジ孔５１ａと、第２ディスク部３３の第２ボルト収容孔３３ｂに連通する第２ボルト挿通孔５１ｂを形成している。また、第２連結フランジ本体５１の外径は第２ディスク部３３の外径よりも大きく、第２連結フランジ本体５１の外縁部には、第２ディスク部３３を外周縁側から被覆して、第２ディスク部３３との間に弾性部材６を充填するための空間を形成し得る突片部５１ｔを設けている。
【００３４】
第２カップリング軸固定部５２は、カップリング軸４の他端部を収容可能な第２カップリング軸収容孔５２ａを中央に形成したリング状をなし、カップリング軸固定用ボルトＴ１が挿入可能な第２カップリング軸固定用孔５２ｂを周方向に所定ピッチで形成したものである。
【００３５】
第２膜板５３は、第２連結フランジ本体５１と第２カップリング軸固定部５２との間に形成したリング状をなし、膜厚を例えば０．数ｍｍに設定したものである。第２膜板５３の外周縁部は第２連結フランジ本体５１に連続し、第２膜板５３の内周縁部は第２カップリング軸固定部５２に連続している。本実施形態では、第２膜板５３が所定値以上の外力を受けた場合に適度に弾性変形し得るように、第２膜板５３の厚み方向に貫通する丸孔５３１を径方向に所定ピッチで形成している。
【００３６】
そして、カップリング軸４（カップリング軸本体４１）の他端部を第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸収容孔５２ａに収容して、カップリング軸４の第２鍔部４３を第２カップリング軸固定部５２に接触させた状態で、第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸固定用孔５２ｂに挿入したカップリング軸固定用ボルトＴ１を第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸固定用ネジ孔４３ａに螺合することによって、カップリング軸４の他端部に第２連結フランジ部５を固定することができる。
【００３７】
以上の構成により、本実施形態に係るカップリング１は、両端部をそれぞれ連結フランジ部（第１連結フランジ部２、第２連結フランジ部５）に固定したカップリング軸４と、一端部のみを連結フランジ部（第１連結フランジ部２）に固定した外筒３とを備え、外筒３のうち連結フランジ部に固定していない自由端である他端または他端部近傍領域と、第２連結フランジ部５との間に弾性部材６を配置している。ここで、他端部を自由端に設定している外筒３は、第１連結フランジ部２から第２連結フランジ部５へトルクを伝達する機能は発揮しないものであり、トルク伝達用の「軸」ではない。すなわち、本実施形態に係るカップリング１において「トルク伝達機能を発揮する軸」はカップリング軸４のみである。
【００３８】
本実施形態では、第２連結フランジ本体５１の外縁部に設けた突片部５１ｔと、第２ディスク部３３の外周縁との間に形成される隙間に弾性部材６を充填している。この充填処理は、例えば第２ディスク部３３の外縁部近傍に形成した注入口３３ｃ（図３参照）から注入した例えば液状の樹脂を、第２連結フランジ本体５１の突片部５１ｔと第２ディスク部３３の外周縁との隙間全体に行き渡らせて硬化する処理によって実現できる。このような充填処理によって形成される本実施形態の弾性部材６はリング状の部材となる。
【００３９】
このような構成を有する本実施形態のカップリング１は、第１連結フランジ部２（第１連結フランジ本体２１）の第１ボルト挿通孔２１ｂ及び外筒３（第１ディスク部３２）の第１ボルト収容孔２１ｂに挿通したボルト（図３で想像線で示すＴ３）を第１回転軸Ｅ１のフランジ部Ｅ２に形成したネジ孔（図示省略）に螺合することによって、第１連結フランジ部２を第１回転機器Ｅの第１回転軸Ｅ１に連結することができるとともに、外筒３（第２ディスク部３３）の第２ボルト収容孔３３ｂ及び第２連結フランジ部５（第２連結フランジ本体５１）の第２ボルト挿通孔５１ｂに挿通したボルト（図３で想像線で示すＴ３）を第２回転軸Ｄ１のフランジ部Ｄ２に形成したネジ孔（図示省略）に螺合することによって、第２連結フランジ部５を第２回転機器Ｄの第２回転軸Ｄ１に連結することができる。この連結処理によってミスアライメント（回転軸Ｅ１，Ｄ１同士の芯ずれ）が生じ得るが、本実施形態のカップリング１は、第１膜板２３及び第２膜板５３が弾性変形することによってミスアライメントを吸収することができる。
【００４０】
そして、本実施形態のカップリング１は、第１回転軸Ｅ１から第２回転軸Ｄ１へ動力（トルク）を伝達する機能を発揮する。詳述すると、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１が回転すると、そのトルクは、カップリング１のうち第１連結フランジ部２、カップリング軸４、第２連結フランジ部５を通じて擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１に伝達される。本実施形態のカップリング１は、トルク伝達作用を奏する第１連結フランジ部２、カップリング軸４及び第２連結フランジ部５を全て金属製にしているため、強度が高く、高トルク及び高速回転を両立することができる。
【００４１】
また、カップリング１（特にカップリング軸４）の固有振動数と同一の回転速度領域において捩り共振現象が生じ得るが、本実施形態のカップリング１であれば、以下の示す作用によって捩り共振現象の発生を防止・抑制することができる。つまり、捩り共振を含んだトルクは直流成分と共振成分（交流成分）に分けられ、直流成分は動力伝達に直接大きく寄与するものであるが、共振成分は動力伝達には大きく寄与しないものであることに着目し、本実施形態のカップリング１は、捩り共振を含んだトルクを直流成分と共振成分に分離すべく、直流成分については第１連結フランジ部２、カップリング軸４、第２連結フランジ部５を通じて伝達する一方で、共振成分は第２連結フランジ部５から弾性部材６に伝達し、この弾性部材６が外筒３を足場として剪断変形することによって共振成分のトルクを減衰させるように構成した。特に、本実施形態では、弾性部材６を、カップリング１の回転中心（カップリング軸４の回転中心）から径方向へ大きく離れた箇所（具体的には外筒３の第２ディスク部３３の外周縁部と、この外周縁部と径方向に対面する第２連結フランジ部５の外縁部に設けた突片部５１ｔとの間のスペース）に配置しているため、弾性部材６をカップリング１の回転中心（カップリング軸４の回転中心）に近い位置に配置した場合と比較して、弾性部材６を大きく剪断変形させることができ、トルクの共振成分をより一層効率良く減衰させることができる。
【００４２】
このように、本実施形態に係るカップリング１は、両端部にそれぞれ金属製の連結フランジ部２，５を一体回転可能に固定した強度の高い金属性のカップリング軸４を用いてトルクを伝達するため、高回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、トルクのうち捩り共振現象の発生を招来する共振成分を第２連結フランジ部５と外筒３との間に介在させた弾性部材６によって減衰させる構成であるため、捩り共振の発生を効果的に抑制することができる。
【００４３】
また、弾性部材による減衰作用は、捩りバネ剛性が高く捩れ難いカップリング軸よりも、捩りバネ剛性が低く捩れ易いカップリング軸の方が効率良く得られる（言い換えれば、大きい振動の方が弾性部材で減衰させ易い）ことが知られている。この点に着目し、本実施形態におけるカップリング１は、カップリング軸４を外筒３の内側に配置し、カップリング軸４の内側には他の部材を配置しない構成を採用することによって、カップリング軸４の外径を高トルク伝達に耐え得る範囲内においてできるだけ小さく設定することが可能となり、捩りバネ剛性が低く、捩れ易いトーションバーとして機能するカップリング軸４を実現できる。したがって、本実施形態に係るカップリング１は、カップリング軸４を伝達するトルク成分のうち共振成分を弾性部材６で効率良く減衰させることができる。さらに、本実施形態のカップリング１は、弾性部材６による減衰作用を効果的に得られる範囲内において、カップリング軸４の軸方向Ａの寸法を可及的に短く設定しているため、カップリング１全体のコンパクト化をも実現できる。加えて、本実施形態のカップリング１は、外筒３がカップリング軸４のカバー部材として機能し、カップリング軸４が外部環境に直接晒される態様と比較してカップリング軸４の損傷や劣化等を防止・抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、第１連結フランジ部、外筒、カップリング軸及び第２連結フランジ部をそれぞれ別体で構成し、ボルト等の適宜の固定手段によって、外筒の一端部及びカップリング軸の一端部を第１連結フランジ部に接続するとともに、カップリングの他端部を第２連結フランジ部に接続した態様を例示したが、図４に示すように、これら各部（第１連結フランジ部１０２、外筒１０３、カップリング軸１０４、第２連結フランジ部１０５）を一体に有するカップリング１０１であってもよい。なお、同図はカップリング１０１の簡略化した模式図であり、図２に対応させて弾性部材１０６も示している。また、図示しないが、第１連結フランジ部、外筒及びカップリング軸を一体に有し、これらとは別体の第２連結フランジ部にカップリング軸の他端部を適宜の固定手段によって接続したカップリングや、第１連結フランジ部及び外筒を一体に有するとともに、カップリング軸及び第２連結フランジ部を一体に有し、カップリング軸の一端部を第１連結フランジ部に適宜の固定手段によって接続したカップリングであってもよく、どの部分（パーツ）同士を一体品にするかは任意に設定することができる。
【００４５】
また、弾性部材を外筒とカップリング軸との間に介在させたカップリングにすることもできる。このような態様であっても、捩り共振を含んだトルクのうち共振成分をカップリング軸から弾性部材に伝達し、弾性部材が外筒を足場として剪断変形することによってトルクのうち共振成分を減衰させることができ、捩り共振を防止・抑制することが可能である。弾性部材を外筒とカップリング軸との間に介在させる場合、弾性部材を外筒とカップリング軸との隙間全体に介在させてもよいし、軸方向に複数の弾性部材を配置するように設定することも可能である。
【００４６】
弾性部材としては、樹脂材料からなるものの他、ゴム材料からなるものや、粒子を流体で混成させた粘土状物質からなるものを適用することができる。また、カップリング内に配置する前の時点で既に所定の形状（例えばリング状）に形成された弾性部材を適用してもよい。なお、弾性部材は損失係数が高いほど減衰効果が優れたものになる。
【００４７】
カップリング軸として、筒状ではなく中実の軸を適用することもできる（図４参照）。
【００４８】
また、膜板を何れか一方の連結フランジ部にのみ付帯させたカップリングや、膜板を何れの連結フランジ部にも付帯させていないカップリングであってもよい。
【００４９】
また、本実施形態に係る自動車用試験装置は、回転供試体として、エンジン以外の供試体、例えば電動機又は変速機等を適用したり、擬似負荷に代えて擬似駆動源を適用することもできる。
【００５０】
さらに、本発明のカップリングは第１連結フランジ部を出力側の回転軸に一体回転可能に接続して、第２連結フランジ部を入力側の回転軸に一体回転可能に接続した態様で使用することも可能である。
【００５１】
また、本発明のカップリングは、自動車用試験装置以外の装置における回転軸同士の結合に適用することも可能である。
【００５２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１０１…カップリング
２、１０２…第１連結フランジ部
３、１０３…外筒
４、１０４…カップリング軸
５、１０５…第２連結フランジ部
６、１０６…弾性部材
２３，５３…膜板（第１膜板，第２膜板）
Ｄ…第２回転機器
Ｄ１…第２回転軸
Ｅ…第１回転機器
Ｅ１…第１回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸同士を相互に連結するカップリング、及びカップリングを備えた自動車用試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転軸同士を連結するカップリングとして、両端部にそれぞれ回転軸を連結するためのフランジを設けたものが知られている。ここで、例えば一方の回転軸が駆動軸であり、他方の回転軸が被駆動軸である場合、カップリングを介して駆動軸側の回転トルクを被動軸側に伝達することができる。
【０００３】
ところで、カップリングを介して結合した回転軸を回転させるための軸系では、カップリングが捩りバネとして作用し、捩りバネ定数等によって定まる固有振動数と同一の回転速度領域においては軸系全体が他の回転速度領域よりも遥かに大きな振幅で振動する捩り共振現象が発生する。そして、このような軸系を備えた試験装置（例えば自動車用試験装置）で各種性能試験を行った場合、捩り共振が発生することによって正確な測定値（例えばトルク計測値）を得ることができないという不具合がある。
【０００４】
そこで、捩りバネ定数等によって定まる固有振動数である共振周波数が高い点に着目して、例えばローパスフィルタによって共振周波数をカットする態様も考えられている。しかしながらフィルタを用いた態様は計算処理が必須となる点で不利である。
【０００５】
また、捩り共振の発生を防止・抑制するカップリングとして、ゴムや弾性に富む樹脂等からなる緩衝部材（スパイダーと称される場合がある）によってトルク（動力）を伝達可能に構成した弾性カップリングも開発され、実用化されている。このような弾性カップリングは、弾性の緩衝部材が振動を吸収する減衰性を発揮する。
【０００６】
また、本出願人は、内外二重軸構造のカップリングを発明している（下記特許文献１参照）。具体的には、両端に連結フランジ部を備えた剛性の高い円筒状の外側接続軸と、外側接続軸とは異なる捩りばね定数を有し外側接続軸よりも剛性の低い内側接続軸とを備え、外側接続軸と内側接続軸軸の径方向に形成された空隙部に弾性樹脂接着剤を充填し、両接続軸のいずれか一方の軸端部同士を溶接処理で一体に連結した二重筒状のカップリングである。このような二重筒状のカップリングであれば、実質的なトルク伝達（動力伝達）が外側接続軸で行われ、内側接続軸は、外側接続軸の回転に伴って回転し（連れ回り）、外側接続軸に対して「回転おもり」のように作用する。したがって、このような二重筒状のカップリングが、外側接続軸の有する固有振動数と同一の回転速度領域で回転することにより捩り共振して、振幅が急激に大きくなろうとした場合には、外側接続軸とは固有振動数の異なる内側接続軸が「回転おもり」として作用することによって、外側接続軸における捩り共振の発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３２０３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、弾性カップリングでは、弾性の緩衝部材を構成する材料自体の強度が低く、この強度の低い弾性緩衝部材を介して動力（トルク）を伝達させる構造であるため、高トルク伝達を実現しようとすれば、高速回転させることができず、また高速回転を実現しようとすればトルクを下げざるを得ない。このように、弾性カップリングには、弾性緩衝部材の物理的限界から高速回転及び高トルクを両立できないというデメリットがある。
【０００９】
一方、特許文献１記載のカップリングは、剛性の高い外側接続軸を介してトルク伝達を行う構成であるため、高速回転及び高トルク伝達を両立できる。ところで、小さな振動よりも大きな振動の方が、ダンパや内側接続軸のような回転おもりによって効果的に抑えることが可能であるということが知られている。したがって、特許文献１記載のカップリングにおいて捩り共振を含んだトルクが伝達される剛性の高い外側接続軸の捩りバネ剛性を低く設定すれば、内側接続軸の作用によって捩り共振をより一層効果的に抑制することができる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１記載のカップリングにおいて高速回転及び高トルク伝達の両立を実現するために強度を高く設定している外側接続軸は、内側（内周側）に配置した内側接続軸の外径よりも大きい外径を有しており、このような外側接続軸の捩りバネ剛性を、素材自体の強度低下を招来することなく低くするには、軸方向のサイズ（長手寸法）を大きく設定せざるを得ず、カップリングの大型化（長尺化）を招来していた。なお、外側接続軸の外径を小さく設定することによって捩りバネ剛性を低くすることは可能であるが、内側接続軸の存在により設計上の制約を受けることから、外側接続軸の小径化には限界がある。
【００１１】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、高回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、捩り共振の発生を抑制することができ、コンパクト化をも実現可能なカップリング、及びこのようなカップリングを備えた自動車用試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち本発明は、第１回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部と、第２回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部とを備え、第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結するカップリングに関するものである。ここで、本発明のカップリングは、第１回転軸が出力側の回転軸であり、第２回転軸が入力側の回転軸である場合、または第１回転軸が入力側の回転軸であり、第２回転軸が出力側の回転軸である場合、これら何れの場合であっても第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結することが可能なものである。
【００１３】
そして、本発明に係るカップリングは、一端部を第１連結フランジ部に一体回転可能に接続した金属製の外筒と、外筒の内側に外筒と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部に一体回転可能に接続するとともに他端部に第２連結フランジ部を一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸と、外筒とカップリング軸又は第２連結フランジ部との間に介在させた弾性部材とを備えていることを特徴としている。ここで、本発明のカップリングは、第１連結フランジ部、第２連結フランジ部、外筒、カップリング軸及び弾性部材を備えたものであればよく、金属製のパーツである第１連結フランジ部、第２連結フランジ部、外筒及びカップリング軸は、それぞれ別体のものであってもよいし、２以上のパーツを一体に形成したもの（例えば、第１連結フランジ部及び外筒を一体に形成したもの、第１連結フランジ部、外筒及びカップリング軸を一体に形成したもの、カップリング軸及び第２連結フランジ部を一体に形成したもの等）であっても構わない。
【００１４】
このようなカップリングであれば、一方の回転軸が回転すると、そのトルクを、第１連結フランジ部又は第２連結フランジ部の何れか一方の連結フランジ部、カップリング軸、他方の連結フランジ部を通じて他方の回転軸に伝達することができ、トルク伝達作用を奏するこれら第１連結フランジ部、カップリング軸及び第２連結フランジ部を全て金属製にすることによって、高強度の部分でトルク伝達を行うことができ、高トルク及び高回転を両立することができる。
【００１５】
さらに、本発明のカップリングであれば、捩り共振を含んだトルクのうち、動力伝達に直接大きく寄与する直流成分は、上述した金属製の部分を通じて伝達する一方、動力伝達には大きく寄与しない共振成分は、カップリング軸又は第２連結フランジ部から弾性部材に伝達し、この弾性部材が外筒を足場として剪断変形することによって共振成分のトルクを減衰させる。その結果、カップリングの固有振動数と同一の回転速度領域において生じ得る捩り共振を効果的に防止・抑制することができる。さらに、本発明のカップリングでは、外筒の内側（内周側）にカップリング軸を配置しているため、外筒をカップリング軸のカバー部材として機能させることができ、カップリング軸が外部環境に直接晒される態様と比較してカップリング軸の損傷等を防止・抑制することができるとともに、カップリング軸の小径化に伴うカップリング軸全体のコンパクト化をも実現することができる。コンパクト化について詳述すると、弾性部材による減衰作用は、捩りバネ剛性が高くて捩れ難いカップリング軸よりも、捩りバネ剛性が低くて捩れ易いカップリング軸の方が効率良く得られることから、本発明に係るカップリングでは、内周側に他の部材を配置する必要がない金属製のカップリング軸の外径を、トルク伝達機能を損なわない範囲で可及的に小さく設定することが可能であり、小径化によってカップリング軸の捩りバネ剛性を低く設定することができる。したがって、弾性部材による減衰作用を得られる範囲内においてカップリング軸の軸方向の寸法を可能な限り短く設定することが可能になり、カップリング全体のコンパクト化を実現できる。
【００１６】
また、本発明のカップリングでは、少なくとも一方のフランジ部に膜板を付帯させることができる。これにより、各連結フランジ部を対応する回転軸にそれぞれ固定した際に、膜板が適宜に弾性変形することによって、本発明のカップリングを介して相互に結合する回転軸同士が同一軸線上に位置付けられていない現象（ミスアライメントや芯ずれと称される現象）の発生を防止・抑制することができる。
【００１７】
また、本発明に係る自動車用試験装置は、上述した構成を有するカップリングと、カップリングの第１連結フランジ部又は第２連結フランジ部のうち何れか一方の連結フランジ部に回転軸を固定した回転供試体と、他方の連結フランジ部に回転軸を固定した擬似負荷又は擬似駆動源とを備えていることを特徴としている。ここで、回転供試体としては、例えば電気自動車用か否かに拘わらず、電動機や発電機、又は変速機等を挙げることができる。
【００１８】
このような自動車用試験装置であれば、上述したカップリングの構成に基づき、高速回転及び高トルク伝達を両立することができるとともに、捩り共振を防止・抑制することも可能であるため、回転供試体に関する各種性能試験を行う場合に、捩り共振の影響を排除した正確な試験結果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明であれば、両端部を金属製の第１連結フランジ部、第２連結フランジ部にそれぞれ一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸を通じてトルク伝達するとともに、トルクのうち共振成分を弾性部材によって減衰させる構成を採用したことによって、高速回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、捩り共振の発生を抑制することができ、さらに、コンパクト化をも実現可能なカップリング、及びこのようなカップリングを備えた自動車用試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るカップリングを適用した自動車用試験装置の全体概略図。
【図２】同実施形態に係るカップリングの断面図。
【図３】同実施形態に係るカップリングを一部破断して示す外観図。
【図４】同実施形態に係るカップリングの一変形例の図２対応図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
本実施形態に係るカップリング１は、例えば図１に示す自動車用試験装置Ｘに適用可能なものである。自動車試験装置Ｘは、例えば自動車エンジン等の回転供試体Ｅと、例えばダイナモメータ等の擬似負荷Ｄと、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１と擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１とを連結するカップリング１とを備えたものである。なお、図１では、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１及び擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１をカップリング１に直接連結した態様を例示したが、回転軸Ｄ１，Ｅ１とカップリング１との間にトルク検出器など、適宜の検出器や測定器を介在させることもできる。また、回転供試体Ｅ及び擬似負荷Ｄは、共通の支持台Ｂに支持されている。
【００２３】
カップリング１は、図２及び図３に示すように、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１に接続可能な金属製の第１連結フランジ部２と、一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製の外筒３と、外筒３の内側に外筒３と同軸上に配置され且つ一端部を第１連結フランジ部２に一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸４と、カップリング軸４の他端部に一体回転可能に設けた金属製の第２連結フランジ部５と、カップリング軸４と外筒３との間に介在させた弾性部材６とを備えたものである。
【００２４】
第１連結フランジ部２は、後述する外筒本体３１の第１ディスク部３２に接触可能なリング状の第１連結フランジ本体２１と、第１連結フランジ本体２１の内側に配置されてカップリング軸４の一端部を固定するための第１カップリング軸固定部２２と、第１連結フランジ本体２１と第１カップリング軸固定部２２との間に設けた第１膜板２３とを備えたものである。本実施形態では、これら第１連結フランジ本体２１、第１カップリング軸固定部２２及び第１膜板２３を一体に有する金属製の第１連結フランジ部２を適用している。
【００２５】
第１連結フランジ本体２１には、外筒３を固定する際に用いる第１ネジ孔２１ａと、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１に連結する際に用いる第１ボルト挿通孔２１ｂとを形成している。本実施形態では、第１ネジ孔２１ａと第１ボルト挿通孔２１ｂを第１連結フランジ本体２１の周方向に交互に所定ピッチで形成している（図３参照）。
【００２６】
第１カップリング軸固定部２２は、カップリング軸４の一端部を収容可能な第１カップリング軸収容孔２２ａを中央に形成したリング状をなし、カップリング軸固定用ボルトＴ１が挿入可能な第１カップリング軸固定用孔２２ｂを周方向に所定ピッチで形成したものである。
【００２７】
第１膜板２３は、第１連結フランジ本体２１と第１カップリング軸固定部２２との間に形成した膜厚を例えば０．数ｍｍに設定した薄肉リング状のものである。第１膜板２３の外周縁部は第１連結フランジ本体２１に連続し、第１膜板２３の内周縁部は第１カップリング軸固定部２２に連続している。本実施形態では、この第１膜板２３が所定値以上の外力を受けた場合に適度に弾性変形し得るように、第１膜板２３の厚み方向に貫通する丸孔２３１を径方向に所定ピッチで形成している。
【００２８】
外筒３は、外筒本体３１と、外筒本体３１の一端部からラジアル方向に延伸して第１連結フランジ部２と同じ外径を有する第１ディスク部３２と、外筒本体３１の他端部からラジアル方向に延伸し第１ディスク部３２よりも小さい外径を有する第２ディスク部３３とを一体に備えた金属製のものである。また、第１ディスク部３２には、第１連結フランジ本体２１の第１ネジ孔２１ａに連通する第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａと、第１連結フランジ本体２１の第１ボルト挿通孔２１ｂに連通し、図２に模式的に示すボルトＴ３の頭部を収容可能な第１ボルト収容孔２１ｂを形成している。第２ディスク部３３にも、第１ディスク部３２の第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａ及び第１ボルト収容孔２１ｂにそれぞれ相当する第２ディスク側ボルト挿通孔３３ａと第２ボルト収容孔３３ｂを形成している。また、本実施形態では、第２ディスク部３３の厚み寸法を第１ディスク部３２の厚み寸法よりも大きく設定している。これにより、後述する弾性部材６の配置スペースを、カップリング１内部の限られたスペースにおいて最大限大きく確保できるようにしている。また、本実施形態のカップリング１は、外筒本体３１の第１ディスク部３２のうち軸方向Ａにおいて第１連結フランジ部２の第１膜板２３と対面する部分には、第１膜板２３との接触を回避するために段部３２ｄを形成している。同様に、外筒本体３１の第２ディスク部３３のうち軸方向Ａにおいて後述する第２膜板５３と対面する部分には、第２膜板５３との接触を回避するために段部３３ｄを形成している。
【００２９】
そして、外筒３（第１ディスク部３２）の第１ディスク側ボルト挿通孔３２ａに挿入したフランジ固定用ボルトＴ２を第１連結フランジ部２（第１連結フランジ本体２１）の第１ネジ孔２１ａに螺合することによって、外筒３の一端部に第１連結フランジ部２を固定することができ、この固定状態では第１連結フランジ部２及び外筒３は一体回転可能である。
【００３０】
カップリング軸４は、カップリング軸本体４１と、カップリング軸本体４１の両端部近傍に設けた鍔部（第１鍔部４２、第２鍔部４３）とを備えたものである。本実施形態では、筒状のカップリング軸本体４１と鍔部（第１鍔部４２、第２鍔部４３）を一体に形成した金属製のカップリング軸４を適用している。第１鍔部４２には、第１連結フランジ部２の第１カップリング軸固定部２２に形成した第１カップリング軸固定用孔２２ｂに連通する第１カップリング軸固定用ネジ孔４２ａを形成し、第２鍔部４３には、後述する第２連結フランジ部５の第２カップリング軸固定部５２に形成した第１カップリング軸固定用孔５２ｂに連通する第２カップリング軸固定用ネジ孔４３ａを形成している。
【００３１】
そして、カップリング軸４（カップリング軸本体４１）の一端部を第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸収容孔２２ａに収容して、カップリング軸４の第１鍔部４２を第１カップリング軸固定部２２に接触させた状態で、第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸固定用孔２２ｂに挿入したカップリング軸固定用ボルトＴ１を第１連結フランジ部２（第１カップリング軸固定部２２）の第１カップリング軸固定用ネジ孔４２ａに螺合することによって、カップリング軸４の一端部を第１連結フランジ部２に固定することができる。
【００３２】
第２連結フランジ部５は、外筒本体３１の第２ディスク部３３と所定の隙間を介して軸方向Ａに対面し得るリング状の第２連結フランジ本体５１と、第２連結フランジ本体５１の内側に配置されてカップリング軸４の他端部を固定するための第２カップリング軸固定部５２と、第２連結フランジ本体５１と第２カップリング軸固定部５２との間に設けた第２膜板５３とを備えたものである。本実施形態では、これら第２連結フランジ本体５１、第２カップリング軸固定部５２及び第２膜板５３を一体に有する金属製の第２連結フランジ部５を適用している。
【００３３】
第２連結フランジ本体５１には、第２ディスク部３３の第２ディスク側ボルト挿通孔３３ａに連通する第２ネジ孔５１ａと、第２ディスク部３３の第２ボルト収容孔３３ｂに連通する第２ボルト挿通孔５１ｂを形成している。また、第２連結フランジ本体５１の外径は第２ディスク部３３の外径よりも大きく、第２連結フランジ本体５１の外縁部には、第２ディスク部３３を外周縁側から被覆して、第２ディスク部３３との間に弾性部材６を充填するための空間を形成し得る突片部５１ｔを設けている。
【００３４】
第２カップリング軸固定部５２は、カップリング軸４の他端部を収容可能な第２カップリング軸収容孔５２ａを中央に形成したリング状をなし、カップリング軸固定用ボルトＴ１が挿入可能な第２カップリング軸固定用孔５２ｂを周方向に所定ピッチで形成したものである。
【００３５】
第２膜板５３は、第２連結フランジ本体５１と第２カップリング軸固定部５２との間に形成したリング状をなし、膜厚を例えば０．数ｍｍに設定したものである。第２膜板５３の外周縁部は第２連結フランジ本体５１に連続し、第２膜板５３の内周縁部は第２カップリング軸固定部５２に連続している。本実施形態では、第２膜板５３が所定値以上の外力を受けた場合に適度に弾性変形し得るように、第２膜板５３の厚み方向に貫通する丸孔５３１を径方向に所定ピッチで形成している。
【００３６】
そして、カップリング軸４（カップリング軸本体４１）の他端部を第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸収容孔５２ａに収容して、カップリング軸４の第２鍔部４３を第２カップリング軸固定部５２に接触させた状態で、第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸固定用孔５２ｂに挿入したカップリング軸固定用ボルトＴ１を第２連結フランジ部５（第２カップリング軸固定部５２）の第２カップリング軸固定用ネジ孔４３ａに螺合することによって、カップリング軸４の他端部に第２連結フランジ部５を固定することができる。
【００３７】
以上の構成により、本実施形態に係るカップリング１は、両端部をそれぞれ連結フランジ部（第１連結フランジ部２、第２連結フランジ部５）に固定したカップリング軸４と、一端部のみを連結フランジ部（第１連結フランジ部２）に固定した外筒３とを備え、外筒３のうち連結フランジ部に固定していない自由端である他端または他端部近傍領域と、第２連結フランジ部５との間に弾性部材６を配置している。ここで、他端部を自由端に設定している外筒３は、第１連結フランジ部２から第２連結フランジ部５へトルクを伝達する機能は発揮しないものであり、トルク伝達用の「軸」ではない。すなわち、本実施形態に係るカップリング１において「トルク伝達機能を発揮する軸」はカップリング軸４のみである。
【００３８】
本実施形態では、第２連結フランジ本体５１の外縁部に設けた突片部５１ｔと、第２ディスク部３３の外周縁との間に形成される隙間に弾性部材６を充填している。この充填処理は、例えば第２ディスク部３３の外縁部近傍に形成した注入口３３ｃ（図３参照）から注入した例えば液状の樹脂を、第２連結フランジ本体５１の突片部５１ｔと第２ディスク部３３の外周縁との隙間全体に行き渡らせて硬化する処理によって実現できる。このような充填処理によって形成される本実施形態の弾性部材６はリング状の部材となる。
【００３９】
このような構成を有する本実施形態のカップリング１は、第１連結フランジ部２（第１連結フランジ本体２１）の第１ボルト挿通孔２１ｂ及び外筒３（第１ディスク部３２）の第１ボルト収容孔２１ｂに挿通したボルト（図３で想像線で示すＴ３）を第１回転軸Ｅ１のフランジ部Ｅ２に形成したネジ孔（図示省略）に螺合することによって、第１連結フランジ部２を第１回転機器Ｅの第１回転軸Ｅ１に連結することができるとともに、外筒３（第２ディスク部３３）の第２ボルト収容孔３３ｂ及び第２連結フランジ部５（第２連結フランジ本体５１）の第２ボルト挿通孔５１ｂに挿通したボルト（図３で想像線で示すＴ３）を第２回転軸Ｄ１のフランジ部Ｄ２に形成したネジ孔（図示省略）に螺合することによって、第２連結フランジ部５を第２回転機器Ｄの第２回転軸Ｄ１に連結することができる。この連結処理によってミスアライメント（回転軸Ｅ１，Ｄ１同士の芯ずれ）が生じ得るが、本実施形態のカップリング１は、第１膜板２３及び第２膜板５３が弾性変形することによってミスアライメントを吸収することができる。
【００４０】
そして、本実施形態のカップリング１は、第１回転軸Ｅ１から第２回転軸Ｄ１へ動力（トルク）を伝達する機能を発揮する。詳述すると、回転供試体Ｅの回転軸Ｅ１が回転すると、そのトルクは、カップリング１のうち第１連結フランジ部２、カップリング軸４、第２連結フランジ部５を通じて擬似負荷Ｄの回転軸Ｄ１に伝達される。本実施形態のカップリング１は、トルク伝達作用を奏する第１連結フランジ部２、カップリング軸４及び第２連結フランジ部５を全て金属製にしているため、強度が高く、高トルク及び高速回転を両立することができる。
【００４１】
また、カップリング１（特にカップリング軸４）の固有振動数と同一の回転速度領域において捩り共振現象が生じ得るが、本実施形態のカップリング１であれば、以下の示す作用によって捩り共振現象の発生を防止・抑制することができる。つまり、捩り共振を含んだトルクは直流成分と共振成分（交流成分）に分けられ、直流成分は動力伝達に直接大きく寄与するものであるが、共振成分は動力伝達には大きく寄与しないものであることに着目し、本実施形態のカップリング１は、捩り共振を含んだトルクを直流成分と共振成分に分離すべく、直流成分については第１連結フランジ部２、カップリング軸４、第２連結フランジ部５を通じて伝達する一方で、共振成分は第２連結フランジ部５から弾性部材６に伝達し、この弾性部材６が外筒３を足場として剪断変形することによって共振成分のトルクを減衰させるように構成した。特に、本実施形態では、弾性部材６を、カップリング１の回転中心（カップリング軸４の回転中心）から径方向へ大きく離れた箇所（具体的には外筒３の第２ディスク部３３の外周縁部と、この外周縁部と径方向に対面する第２連結フランジ部５の外縁部に設けた突片部５１ｔとの間のスペース）に配置しているため、弾性部材６をカップリング１の回転中心（カップリング軸４の回転中心）に近い位置に配置した場合と比較して、弾性部材６を大きく剪断変形させることができ、トルクの共振成分をより一層効率良く減衰させることができる。
【００４２】
このように、本実施形態に係るカップリング１は、両端部にそれぞれ金属製の連結フランジ部２，５を一体回転可能に固定した強度の高い金属性のカップリング軸４を用いてトルクを伝達するため、高回転及び高トルク伝達を両立できるとともに、トルクのうち捩り共振現象の発生を招来する共振成分を第２連結フランジ部５と外筒３との間に介在させた弾性部材６によって減衰させる構成であるため、捩り共振の発生を効果的に抑制することができる。
【００４３】
また、弾性部材による減衰作用は、捩りバネ剛性が高く捩れ難いカップリング軸よりも、捩りバネ剛性が低く捩れ易いカップリング軸の方が効率良く得られる（言い換えれば、大きい振動の方が弾性部材で減衰させ易い）ことが知られている。この点に着目し、本実施形態におけるカップリング１は、カップリング軸４を外筒３の内側に配置し、カップリング軸４の内側には他の部材を配置しない構成を採用することによって、カップリング軸４の外径を高トルク伝達に耐え得る範囲内においてできるだけ小さく設定することが可能となり、捩りバネ剛性が低く、捩れ易いトーションバーとして機能するカップリング軸４を実現できる。したがって、本実施形態に係るカップリング１は、カップリング軸４を伝達するトルク成分のうち共振成分を弾性部材６で効率良く減衰させることができる。さらに、本実施形態のカップリング１は、弾性部材６による減衰作用を効果的に得られる範囲内において、カップリング軸４の軸方向Ａの寸法を可及的に短く設定しているため、カップリング１全体のコンパクト化をも実現できる。加えて、本実施形態のカップリング１は、外筒３がカップリング軸４のカバー部材として機能し、カップリング軸４が外部環境に直接晒される態様と比較してカップリング軸４の損傷や劣化等を防止・抑制することができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、第１連結フランジ部、外筒、カップリング軸及び第２連結フランジ部をそれぞれ別体で構成し、ボルト等の適宜の固定手段によって、外筒の一端部及びカップリング軸の一端部を第１連結フランジ部に接続するとともに、カップリングの他端部を第２連結フランジ部に接続した態様を例示したが、図４に示すように、これら各部（第１連結フランジ部１０２、外筒１０３、カップリング軸１０４、第２連結フランジ部１０５）を一体に有するカップリング１０１であってもよい。なお、同図はカップリング１０１の簡略化した模式図であり、図２に対応させて弾性部材１０６も示している。また、図示しないが、第１連結フランジ部、外筒及びカップリング軸を一体に有し、これらとは別体の第２連結フランジ部にカップリング軸の他端部を適宜の固定手段によって接続したカップリングや、第１連結フランジ部及び外筒を一体に有するとともに、カップリング軸及び第２連結フランジ部を一体に有し、カップリング軸の一端部を第１連結フランジ部に適宜の固定手段によって接続したカップリングであってもよく、どの部分（パーツ）同士を一体品にするかは任意に設定することができる。
【００４５】
また、弾性部材を外筒とカップリング軸との間に介在させたカップリングにすることもできる。このような態様であっても、捩り共振を含んだトルクのうち共振成分をカップリング軸から弾性部材に伝達し、弾性部材が外筒を足場として剪断変形することによってトルクのうち共振成分を減衰させることができ、捩り共振を防止・抑制することが可能である。弾性部材を外筒とカップリング軸との間に介在させる場合、弾性部材を外筒とカップリング軸との隙間全体に介在させてもよいし、軸方向に複数の弾性部材を配置するように設定することも可能である。
【００４６】
弾性部材としては、樹脂材料からなるものの他、ゴム材料からなるものや、粒子を流体で混成させた粘土状物質からなるものを適用することができる。また、カップリング内に配置する前の時点で既に所定の形状（例えばリング状）に形成された弾性部材を適用してもよい。なお、弾性部材は損失係数が高いほど減衰効果が優れたものになる。
【００４７】
カップリング軸として、筒状ではなく中実の軸を適用することもできる（図４参照）。
【００４８】
また、膜板を何れか一方の連結フランジ部にのみ付帯させたカップリングや、膜板を何れの連結フランジ部にも付帯させていないカップリングであってもよい。
【００４９】
また、本実施形態に係る自動車用試験装置は、回転供試体として、エンジン以外の供試体、例えば電動機又は変速機等を適用したり、擬似負荷に代えて擬似駆動源を適用することもできる。
【００５０】
さらに、本発明のカップリングは第１連結フランジ部を出力側の回転軸に一体回転可能に接続して、第２連結フランジ部を入力側の回転軸に一体回転可能に接続した態様で使用することも可能である。
【００５１】
また、本発明のカップリングは、自動車用試験装置以外の装置における回転軸同士の結合に適用することも可能である。
【００５２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１０１…カップリング
２、１０２…第１連結フランジ部
３、１０３…外筒
４、１０４…カップリング軸
５、１０５…第２連結フランジ部
６、１０６…弾性部材
２３，５３…膜板（第１膜板，第２膜板）
Ｄ…第２回転機器
Ｄ１…第２回転軸
Ｅ…第１回転機器
Ｅ１…第１回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部と、第２回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部とを備え、前記第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結するカップリングであり、
一端部を前記第１連結フランジ部に一体回転可能に接続した金属製の外筒と、
前記外筒の内側に前記外筒と同軸上に配置され且つ一端部を前記第１連結フランジ部に一体回転可能に接続するとともに他端部に前記第２連結フランジ部を一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸と、
前記外筒と前記カップリング軸又は前記第２連結フランジ部との間に介在させた弾性部材とを備えていることを特徴とするカップリング。
【請求項２】
少なくとも一方のフランジ部に膜板を付帯させている請求項１に記載のカップリング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のカップリングと、
前記カップリングの前記第１連結フランジ部又は前記第２連結フランジ部のうち何れか一方の連結フランジ部に回転軸を固定した回転供試体と、
他方の連結フランジ部に回転軸を固定した擬似負荷又は擬似駆動源とを備えていることを特徴とする自動車用試験装置。
【請求項１】
第１回転軸に固定する金属製の第１連結フランジ部と、第２回転軸に固定する金属製の第２連結フランジ部とを備え、前記第１回転軸及び第２回転軸を相互に連結するカップリングであり、
一端部を前記第１連結フランジ部に一体回転可能に接続した金属製の外筒と、
前記外筒の内側に前記外筒と同軸上に配置され且つ一端部を前記第１連結フランジ部に一体回転可能に接続するとともに他端部に前記第２連結フランジ部を一体回転可能に接続した金属製のカップリング軸と、
前記外筒と前記カップリング軸又は前記第２連結フランジ部との間に介在させた弾性部材とを備えていることを特徴とするカップリング。
【請求項２】
少なくとも一方のフランジ部に膜板を付帯させている請求項１に記載のカップリング。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のカップリングと、
前記カップリングの前記第１連結フランジ部又は前記第２連結フランジ部のうち何れか一方の連結フランジ部に回転軸を固定した回転供試体と、
他方の連結フランジ部に回転軸を固定した擬似負荷又は擬似駆動源とを備えていることを特徴とする自動車用試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６１０２８（Ｐ２０１３−６１０２８Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００５３３（Ｐ２０１１−２００５３３）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
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